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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung eines Wärmetauschers, insbesondere eines Abgasrückkühlers zur Kühlung eines Abgasstroms einer Abgasrückführung, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
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Es sind bereits Verfahren und Vorrichtungen zur Reinigung eines Wärmetauschers, insbesondere eines Abgasrückkühlers zur Kühlung eines Abgasstroms einer Abgasrückführung, bekannt, in denen der Wärmetauscher mit einer Reinigungsflüssigkeit durchspült wird.
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Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine Reinigungswirkung zu verbessern und/oder eine für die Reinigung erforderliche Zeit zu verkürzen, insbesondere um eine Wartung von Wärmetauschern zu vereinfachen. Sie wird durch ein erfindungsgemäßes Verfahren entsprechend dem Anspruch 1 und eine erfindungsgemäße Vorrichtung entsprechend dem Anspruch 10 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Reinigung eines Wärmetauschers, insbesondere eines Abgasrückkühlers zur Kühlung eines Abgasstroms einer Abgasrückführung, in dem der Wärmetauscher mit einer Reinigungsflüssigkeit durchspült wird.
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Es wird vorgeschlagen, dass die Reinigungsflüssigkeit mit zumindest einem Gas versetzt wird. Dadurch können in der Reinigungsflüssigkeit Gasblasen erzeugt werden, wodurch eine Reinigungswirkung verbessert werden kann, ohne dass der Reinigungsflüssigkeit besonders aggressive Reinigungschemikalien beigefügt werden müssen. Durch die verbesserte Reinigungswirkung kann eine Zeit, die insbesondere zum Lösen von Verstopfungen notwendig ist, erheblich verkürzt werden, wodurch ein Wartungsaufwand verringert werden kann. Indem auf besonders aggressive Reinigungschemikalien verzichtet werden kann, kann eine Handhabung der Reinigungsflüssigkeit vereinfacht werden. Insbesondere kann es sogar möglich sein, auf Reinigungschemikalien vollständig zu verzichten. Durch eine erfindungsgemäße Ausgestaltung kann somit eine Reinigung eines Wärmetauschers vereinfacht werden.
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Vorzugsweise bildet das Gas in der Reinigungsflüssigkeit Gasblasen, die von der Reinigungsflüssigkeit durch den Wärmetauscher hindurchtransportiert werden. Dadurch können in dem Wärmetauscher Turbulenzen erzeugt werden, durch welche eine besonders gute Reinigungswirkung erzielt werden kann. Mittels Gasblasen, die durch den Wärmetauscher hindurchtransportiert werden, können Verunreinigungen somit besonders effektiv gelöst werden. Unter „hindurchtransportieren” soll dabei insbesondere verstanden werden, dass sich das Gas, welches der Reinigungsflüssigkeit zugesetzt wird, nicht vollständig in der Reinigungsflüssigkeit löst, sondern dass sich innerhalb der Reinigungsflüssigkeit Phasengrenzflächen ausbilden, welche die Gasblasen zumindest teilweise begrenzen.
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Vorteilhafterweise basiert die Reinigungsflüssigkeit auf Wasser. Dadurch kann erreicht werden, dass die Reinigungsflüssigkeit besonders gut zu handhaben ist, da auf eine spezielle Reinigungsflüssigkeit, die einen besonderen Umgang erfordert, verzichtet werden kann. Unter „auf Wasser basierend” soll dabei insbesondere verstanden werden, dass die Reinigungsflüssigkeit zumindest teilweise aus Wasser besteht. Grundsätzlich kann reines Wasser als Reinigungsflüssigkeit verwendet werden, wobei unter „reinem Wasser” insbesondere sowohl Leitungswasser, welches in geringen Mengen Salze, Mineralien und Ähnliches enthalten kann, als auch destilliertes Wasser verstanden werden soll. Insbesondere ist aber auch denkbar, dass dem Wasser ein chemischer Reiniger zugefügt wird, wobei in Abhängigkeit von dem verwendeten Reiniger unterschiedliche Konzentrationen möglich sind.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass als Gas zumindest im Wesentlichen Luft verwendet wird. Dadurch kann die Reinigungsflüssigkeit besonders einfach mit Gas versetzt werden. Insbesondere kann durch eine solche Ausgestaltung eine Vorrichtung zum Reinigen des Wärmetauschers besonders einfach ausgeführt werden. Indem Luft als Gas verwendet wird, kann Umgebungsluft als Gas angesaugt werden, wodurch auf Druckbehälter zur Bevorratung eines speziellen Spülgases verzichtet werden kann. Sofern bei der Vorrichtung auf einen Kompressor verzichtet werden soll, kann einfach ein Druckluftanschluss vorgesehen werden, wodurch auf eine bestehende Druckluftversorgung zurückgegriffen werden kann. Unter „zumindest im Wesentlichen” soll dabei insbesondere verstanden werden, dass das Gas zumindest zu 90%, vorzugsweise zumindest zu 99% und besonders bevorzugt zu zumindest 99,9% aus Umgebungsluft besteht. Vorzugsweise wird dabei lediglich Umgebungsluft verwendet, d. h. auf eine Zuführung weiterer Gase wird vollständig verzichtet. Grundsätzlich kann aber auch ein spezielles Gas verwendet werden, wie beispielsweise Stickstoff, Kohlenstoffdioxid oder Chlorgas, beispielsweise um einen ph-Wert der Reinigungsflüssigkeit zu verändern.
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Die Reinigungsflüssigkeit wird vorzugsweise mit einem Druck von zumindest 2 bar gefördert. Dadurch kann eine ausreichend hohe Strömungsgeschwindigkeit in dem Wärmetauscher bereitgestellt werden, mittels der die Verunreinigungen gut gelöst werden können.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass das Gas gegenüber der Reinigungsflüssigkeit einen Überdruck von zumindest 0,5 bar aufweist. Dadurch kann erreicht werden, dass sich in der Flüssigkeit ausreichend Gasblasen bilden, welche ein Lösen der Verunreinigungen bewirken. Unter einem „Überdruck” soll dabei eine Druckdifferenz zwischen der Reinigungsflüssigkeit und dem Gas verstanden werden. Vorzugsweise ist die Druckdifferenz als eine Differenz zwischen einem Ausgangsdruck einer Pumpe zur Förderung der Reinigungsflüssigkeit und einem Gasdruck in einer Zuführung für das Gas unmittelbar vor einer Eindüsung in die Reinigungsflüssigkeit ausgebildet. Unter einem „Ausgangsdruck” der Pumpe soll dabei ein Druck verstanden werden, den die Pumpe bereitstellt, wenn eine Eindüsung des Gases in die Reinigungsflüssigkeit unterbrochen ist. Unter einem „Gasdruck” soll insbesondere ein an einer Düse anliegender dynamischer Druck während der Eindüsung verstanden werden.
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Bevorzugt weist das Gas gegenüber der Reinigungsflüssigkeit einen Überdruck von höchstens 3 bar auf. Dadurch kann eine zu starke Aufschäumung des Reinigungsmittels verhindert werden, insbesondere wenn das Reinigungsmittel in einem offenen Kreis bevorratet ist.
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Außerdem wird vorgeschlagen, dass der Wärmetauscher mit einem Eingangsdruck von ca. 3,5 bar gespült wird. Dadurch kann eine Überlastung des Wärmetauschers vermieden werden. Unter einem „Eingangsdruck” soll dabei insbesondere ein Druck an einem zum Spülen verwendeten Eingang des Wärmetauschers verstanden werden. Unter „ca.” soll in diesem Zusammenhang eine Abweichung von höchstens 1,5 bar, vorzugsweise von höchstens 1,0 bar und besonders bevorzugt von höchstens 0,5 bar verstanden werden.
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Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn die Reinigungsflüssigkeit während der Reinigung eine erhöhte Temperatur aufweist. Dadurch kann eine Reinigungswirkung weiter verbessert werden. Unter einer „erhöhten Temperatur” soll dabei insbesondere eine gegenüber einer Umgebungstemperatur um zumindest 10 Kelvin erhöhte Temperatur verstanden werden. Die Temperatur kann dabei allein durch Umpumpen der Reinigungsflüssigkeit hervorgerufen werden. Zusätzlich oder alternativ ist aber auch eine aktive Erwärmung der Reinigungsflüssigkeit möglich. Die Reinigungswirkung ist dabei besonders gut, wenn der Reinigungsflüssigkeit ein chemischer Reiniger zugesetzt ist, während gleichzeitig der Reinigungsflüssigkeit das Gas zugesetzt wird, so dass sich Gasblasen bilden, und die Temperatur auf zumindest 50°C, vorteilhaft zumindest 60°C und besonders vorteilhaft zumindest 65°C erhöht wird.
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Zudem wird eine Vorrichtung zur Reinigung eines Wärmetauschers vorgeschlagen, insbesondere eine Vorrichtung zur Reinigung eines Abgasrückkühlers zur Kühlung eines Abgasstroms einer Abgasrückführung, mit einer Mischeinheit, die dazu vorgesehen ist, eine Reinigungsflüssigkeit mit einem Gas zu versetzen, insbesondere eine Vorrichtung zur Reinigung eines Wärmetauschers in einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wodurch eine Wartung eines Wärmetauschers vereinfacht und insbesondere eine Wartungszeit verkürzt werden kann.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Figurenbeschreibung. In der Figur ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Figur, die Figurenbeschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Dabei zeigt:
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1 schematisiert eine Vorrichtung zur Reinigung eines Wärmetauschers.
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1 zeigt schematisch eine Vorrichtung zur Reinigung eines Wärmetauschers 1. Die Vorrichtung und ein mittels der Vorrichtung durchführbares Verfahren sind insbesondere zur Reinigung von Wärmetauschern 1 vorgesehen, die als Abgasrückkühler einer Abgasrückführung einer Brennkraftmaschine ausgebildet sind. Der schematisch dargestellte Wärmetauscher 1 umfasst eine Mehrzahl von Abgaskanälen, die zur Führung eines Abgasstroms vorgesehen sind, sowie eine Mehrzahl von Kühlmittelkanälen, welche zur Führung eines Kühlmediums vorgesehen sind. Der Wärmetauscher 1 weist einen Grundkörper auf, welcher die strömungstechnisch voneinander getrennten Abgaskanäle und Kühlmittelkanäle ausbildet. Gleichzeitig koppelt der Grundkörper die Abgaskanäle und die Kühlmittelkanäle wärmetechnisch miteinander, wodurch im Betrieb ein Wärmeübertrag von dem Abgas auf das Kühlmedium stattfindet.
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Der Wärmetauscher 1, zu dessen Reinigung das Verfahren vorgesehen ist, ist dazu vorgesehen, heißes Abgas aus zumindest einer Brennkammer der Brennkraftmaschine abzukühlen. Bei der Abgasrückführung, für die der Wärmetauscher 1 vorgesehen ist, wird Abgas aus einem Abgassystem abgezweigt, in dem Wärmetauscher 1 abgekühlt und anschließend einem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine zugeführt, um es über eine Ansaugseite wieder der Brennkammer zuzuführen. Die Abgasrückführung ist dabei insbesondere dazu vorgesehen, Emissionswerte der Brennkraftmaschine zu verbessern.
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Das Abgas, das den Wärmetauscher 1 durchströmt, weist typischerweise Verbrennungsrückstände auf, die sich in dem Wärmetauscher 1 ablagern. Das Verfahren ist zur Reinigung der Abgaskanäle vorgesehen. In dem Verfahren werden insbesondere die Verbrennungsrückstände aus den Abgaskanälen des Wärmetauschers 1 beseitigt. Grundsätzlich kann das Verfahren aber auch genutzt werden, um die Kühlmittelkanäle des Wärmetauschers 1 zu reinigen, beispielsweise wenn sich innerhalb der Kühlmittelkanäle Ablagerungen bilden.
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Das Verfahren dient dazu, den Wärmetauscher 1 während einer Wartung, d. h. nicht im laufenden Betrieb der Brennkraftmaschine, zu reinigen. Für die Reinigung wird der Wärmetauscher 1 ausgebaut oder zumindest von dem Abgassystem und dem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine getrennt. Die in 1 dargestellte Vorrichtung ist als eine Wartungsvorrichtung ausgebildet.
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In dem Verfahren zur Reinigung des Wärmetauschers 1 wird der Wärmetauscher 1 mit einer Reinigungsflüssigkeit 2 durchspült. Der Wärmetauscher 1 weist für das Abgas zumindest eine Einströmöffnung und zumindest eine Ausströmöffnung auf, die durch die Abgaskanäle miteinander verbunden sind. Für die Reinigung werden die Einströmöffnung und die Ausströmöffnung mit der Vorrichtung verbunden. Anschließend wird die Reinigungsflüssigkeit 2 unter Druck durch den Wärmetauscher 1 gepumpt. Die Reinigungsflüssigkeit 2 ist dazu vorgesehen, Verunreinigungen in den Abgaskanälen, wie beispielsweise die Verbrennungsrückstände, zu lösen und aus dem Wärmetauscher 1 auszuschwemmen.
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In dem Verfahren wird die Reinigungsflüssigkeit 2 mit einem Gas 3 versetzt. Das Gas 3 wird in die Reinigungsflüssigkeit 2 eingebracht, bevor die Reinigungsflüssigkeit 2 in den Wärmetauscher 1 eingeleitet wird. Das Gas 3 bildet in der Reinigungsflüssigkeit 2 Gasblasen 4, die mit der Reinigungsflüssigkeit 2 durch den Wärmetauscher 1 hindurchtransportiert werden. Indem die Gasblasen 4 von der Reinigungsflüssigkeit 2 unter Druck durch den Wärmetauscher 1 hindurchgedrückt werden, bewirken die Gasblasen 4 innerhalb des Wärmetauschers 1 Druckschwankungen und/oder Strömungsverhältnisse, welche ein Lösen der Verunreinigungen begünstigen. Die Druckschwankungen und/oder Strömungsverhältnisse führen dabei zu einer abrasiven Wirkung, durch welche die Reinigungsflüssigkeit 2 die Verunreinigungen mitnimmt. Zudem führen die Druckschwankungen und/oder Strömungsverhältnisse zu Vibrationen, die das Lösen der Verunreinigungen ebenfalls begünstigen. Die Gasblasen 4 führen damit insbesondere zu einem hydrodynamischen Reinigungseffekt.
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Die Reinigungsflüssigkeit 2, die auf Wasser basiert, besteht zu einem Großteil aus Wasser. Zusätzlich ist der Reinigungsflüssigkeit 2 ein Reiniger beigefügt, welcher dazu vorgesehen ist, die Verunreinigungen zu lösen. Der Reiniger bewirkt einen chemischen Reinigungseffekt. Als Reiniger wird dem Wasser ein handelsüblicher Industriereiniger beigefügt, der insbesondere zur Entfernung von öl- oder fetthaltigen Verunreinigungen vorgesehen ist. Der vorgeschlagene Reiniger ist dabei leicht alkalisch. Für den Reiniger ist eine Verdünnung von zumindest 1:1 (Wasser zu Reiniger) vorgesehen, wobei grundsätzlich auch eine stärkere Verdünnung genutzt werden kann. Der Reiniger ist vorzugsweise einer Wassergefährdungsklasse WGK 1 („Allgemeine Verwaltungsvorschrift zur Änderung der Verwaltungsvorschrift wassergefährdende Stoffe", 27. Juli 2005) zugeordnet. Der Reiniger ist dabei biologisch leicht abbaubar.
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Als Gas 3, mit dem die Reinigungsflüssigkeit 2 versetzt wird, wird Luft verwendet. Die Luft wird in Form von Druckluft zugeführt und in die Reinigungsflüssigkeit 2 eingedüst. Die Reinigungsflüssigkeit 2 wird dabei mit einem Druck von zumindest 2 bar gefördert. Das Gas 3, das unter Druck in die Reinigungsflüssigkeit 2 eingebracht wird, weist gegenüber der Reinigungsflüssigkeit 2 einen Überdruck zwischen 0,5 bar und 3 bar auf. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Reinigungsflüssigkeit 2 mit einem Druck von ca. 3 bar gefördert. Das Gas 3 weist einen Druck von 4 bar auf. Der Überdruck, den das Gas 3 gegenüber der Reinigungsflüssigkeit 2 beim Eindüsen aufweist, beträgt damit ca. 1 bar. Durch den Druck, mit dem die Reinigungsflüssigkeit 2 gefördert wird, und den Überdruck, mit dem das Gas 3 eingedüst wird, stellt sich an dem Wärmetauscher 1 ein Eingangsdruck von ca. 3,5 bar ein. Der Eingangsdruck kann dabei in Abhängigkeit von dem zu spülenden Wärmetauscher 1 variieren. Insbesondere kann der Eingangsdruck auch begrenzt sein, um eine Überlastung des Wärmetauschers 1 zu verhindern.
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Aufgrund von Strömungseffekten erwärmt sich die Reinigungsflüssigkeit 2 während der Reinigung des Wärmetauschers 1. Auf eine aktive Heizeinrichtung zur Erwärmung der Reinigungsflüssigkeit 2 wird bei der dargestellten Vorrichtung verzichtet. Eine Temperatur der Reinigungsflüssigkeit 2 erhöht sich bei der dargestellten Vorrichtung allein aufgrund eines Strömungswiderstands und/oder einer eingebrachten Pumpleistung zur Förderung der Reinigungsflüssigkeit 2. Angestrebt ist dabei eine Temperaturerhöhung der Reinigungsflüssigkeit 2 auf wenigstens 50°C. In dem Verfahren stellt sich vorzugsweise eine Temperatur zwischen 60°C und 90°C ein. Sofern eine Erwärmung durch die Strömungseffekte nicht ausreichend ist, um die Reinigungsflüssigkeit 2 auf die bevorzugte Temperatur zu erwärmen, kann zusätzlich eine aktive Heizeinrichtung für die Reinigungsflüssigkeit 2 vorgesehen werden. Eine Zieltemperatur, die durch aktive Heizung oder passive Erwärmung angestrebt wird, beträgt bei der verwendeten Reinigungsflüssigkeit 2 besonders vorteilhaft zwischen 70°C und 75°C. Ein Siedepunkt der Reinigungsflüssigkeit 2, der insbesondere von einem Siedepunkt des verwendeten Reinigers abhängen kann, liegt bei ca. 100°C. Die Zieltemperatur liegt somit zumindest 10°C unter dem Siedepunkt der Reinigungsflüssigkeit 2.
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Die in 1 schematisch dargestellte Vorrichtung, die zur Reinigung des Wärmetauschers 1 vorgesehen ist, ist dazu vorgesehen, die Reinigungsflüssigkeit 2 umzupumpen. Die Vorrichtung umfasst einen Vorratsbehälter 6 für die Reinigungsflüssigkeit 2, eine Zuleitung 7 mit einer Pumpe 8 und einer Mischeinheit 5 sowie eine Rücklaufleitung 9. Zur Reinigung des Wärmetauschers 1 wird die Zuleitung 7 mit der Einströmöffnung des Wärmetauschers 1 verbunden. Die Rücklaufleitung 9 wird mit der Ausströmöffnung des Wärmetauschers 1 verbunden. Die Pumpe 8, die als Druckpumpe ausgebildet ist, ist dadurch zwischen dem Vorratsbehälter 6 und dem Wärmetauscher 1 angeordnet. Die Mischeinheit 5 ist, bezogen auf eine Strömungsrichtung der Reinigungsflüssigkeit 2, strömungstechnisch nach der Pumpe 8 angeordnet.
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Die Mischeinheit 5 umfasst einen Druckluftanschluss 11 zur Zuführung des Gases 3 und eine Düse 10, die dazu vorgesehen ist, das Gas 3 in die Reinigungsflüssigkeit 2 einzudüsen.
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Zusätzlich kann die Mischeinheit 5 ein Druckeinstellventil oder Druckregelventil aufweisen, welches dazu vorgesehen ist, den Druck des Gases 3 einzustellen. Grundsätzlich kann die Mischeinheit 5 auch für andere Gase 3 vorgesehen werden, weshalb der Druckluftanschluss 11 alternativ auch durch einen anderen Druckanschluss für Gase 3 ersetzt oder ergänzt werden kann.
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Die Vorrichtung bildet für die Reinigungsflüssigkeit 2 einen Reinigungskreis aus, in dem die Reinigungsflüssigkeit 2 umgepumpt wird. Der Vorratsbehälter 6 ist dabei gegenüber einer Umgebung offen. Als Vorratsbehälter 6 kann beispielsweise ein Kanister dienen, in welchen die Zuleitung 7 und die Rücklaufleitung 9 eingebracht werden. Der Reinigungskreis ist als ein offener Kreis ausgebildet. Grundsätzlich ist es aber auch denkbar, den Vorratsbehälter 6 als Druckbehälter auszubilden und mit einer Entlüftung für das Gas 3 zu versehen, insbesondere wenn von Druckluft verschiedene Gase 3 verwendet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- „Allgemeine Verwaltungsvorschrift zur Änderung der Verwaltungsvorschrift wassergefährdende Stoffe”, 27. Juli 2005 [0024]